《水污染控制技术》

《水污染控制技术》 课程模块三：石化化工废水处理教学单元2：高浓度难降解有机废水处理（4）

厌氧生物处理技术 天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 污泥龄与水力停留时间 • 污泥龄 • 污泥在系统内的停留时间 • 水力停留时间 • 污水通过系统的停留时间 • 厌氧微生物增殖速率慢——需要更长的污泥龄 • 传统的消化池水力停留时间等于污泥龄，需要非常大反应器体积 • 高速厌氧反应器的开发： • 将污泥龄和水力停留时间分离天津渤海职业技术学院

沼气沉淀池脱气废水消化池回流污泥剩余污泥厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧接触法 • 系统由一个悬浮生长式生物反应器和一个固液分离设备（沉淀池）构成，实质是一个厌氧活性污泥法 • 除气器：从泥水混合液中脱除甲烷、CO2等气体，使污泥易于沉淀天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • HRT和SRT • 水力停留时间（HRT） • 污泥龄（SRT）θc • 厌氧污泥产率低，排泥量很少，Qw≈0 天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • HRT和SRT • 污泥沉降良好，出水中污泥含量低（Xe很小） • Xe << X，则 SRT >> HRT • 实现了HRT和SRT的分离，HRT可以很短 • 典型参数：SRT——20～30d HRT——数小时～十几小时不等 • 污泥沉降性能不好（Xe高），对SRT影响很大 • 尤其是在反应器启动阶段（污泥流失，长时间无法启动反应器）天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 污泥沉降与脱气 • 最大的问题是污泥的沉降 • 污泥上粘附小气泡 • 沉淀池中继续产沼 • 污泥上浮，流失 • 脱气 • 真空脱气（真空度：5kPa） • 换热器使污泥骤冷脱气，同时抑制沉淀池内污泥活性 • 絮凝沉降 • 膜分离 • 气浮天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧接触法的特点 • 污泥浓度高 • 4～6 gVSS/L 到 25～30 gVSS/L • 好氧生物法：2～6 gVSS/L • 有机负荷高 • 中温时：1~6 kgCOD/m3·d，去除率为70~80% 0.5~2.5 kgBOD/m3·d，去除率80~90% • 适合处理悬浮固体含量较高的废水，不存在堵塞问题天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧接触法的特点 • 出水水质较好 • 增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂 • 脱气难度大，污泥沉降性能不好 • 抗冲击负荷能力不强天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧生物滤池 • 在滤池内填充滤料，使厌氧微生物在滤料上附着生长 • 附着生长的微生物可以较长时间地留在反应器内 • 类似于好氧滤池，生物膜反应器 • 不需曝气，整体封闭，顶部收集沼气天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧滤池根据废水流向分类： • 升流式（水流由下往上） • 降流式（水流由上往下） • 升流式混合型（底部为悬浮污泥层，上部为滤料）天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 滤料 • 要求： • 比表面积大（？） • 表面粗糙度较大 • 机械强度高；化学和生物学稳定性好；质量轻；价格低廉；等 • 常用： • 实心块状滤料：卵石等 • 空心块状滤料：圆柱形或球形，塑料材质，波尔环 • 管流型滤料：可形成管道水流 • 交叉流型滤料：不同倾斜方向的波纹管或蜂窝管组成 • 纤维滤料：软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 特点 • 可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为0.2～16 kgCOD/(m3·d)，且耐冲击负荷能力强 • 厌氧生物膜的厚度约为1 ~ 4 mm • 生物固体浓度沿滤料层高度变化 • 适合于处理多种类型、浓度的有机废水 • 不需污泥回流和搅拌设备 • 启动或停止运行后再启动相对时间短 • 处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗还没有简单有效的方法天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧生物流化床 • 生物膜反应器 • 载体 • 小粒径（0.2～0.5mm）固体颗粒 • 出水回流，使载体流态化 • 床层内基本无悬浮污泥 • 上向流天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧生物流化床 • 多采用细砂作为载体（0.2～0.5mm） • 载体比表面积大，达2000～3000m2/m3左右 • 床层内具有很高的微生物浓度 • 有机物容积负荷高，一般为10～40kgCOD/m3·d • 水力停留时间短 • 具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定 • 载体处于流化状态，无床层堵塞现象天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 厌氧生物流化床 • 床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少 • 结构紧凑、占地少 • 载体流化能耗较大 • 系统管理技术要求较高天津渤海职业技术学院

沼气三相分离器出水反应器污泥层进水配水系统厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB（Upflow Anearobic Sludge Blanket） • 上流式厌氧污泥床反应器天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的结构 • 进水配水系统 • 将废水均匀地分配到整个反应器的底部 • 水力搅拌；一个有效的进水配水系统是保证UASB反应器高效运行的关键之一 • 反应区 • 生化反应发生的主要场所 • 两个部分： • 颗粒污泥层：底部，颗粒污泥 • 悬浮污泥层：上部，絮状污泥天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的结构 • 三相分离器 • 气（沼气） • 液（污水） • 固（厌氧污泥） • 构成：沉淀区、回流缝和气封等 • 作用： • 三相分离 • 保证出水水质 • 保证反应器内污泥量 • 有利于污泥颗粒化天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的结构 • 三相分离器结构 • 沉淀区表面负荷应小于1.0m3/m2·d • 集气罩斜面的坡度应为55-60° • 沉淀区的总水深应不小于1.5m • 废水在沉淀区的停留时间应在1.5-2.0h 之间天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的结构 • 出水系统 • 将经过沉淀区后的出水均匀收集，并排出反应器 • 集气罩（气室） • 收集沼气 • 浮渣收集系统 • 清除沉淀区液面和气室液面的浮渣 • 排泥系统 • 均匀地排出反应器内的剩余污泥天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 颗粒污泥 • 定义：颗粒污泥是由菌体多样的自身固定化机制形成的高生物活性的一种生物聚体 • 类型： • 杆菌颗粒 • 丝菌颗粒 • 球菌颗粒 • 特点： • 形状不规则，有呈卵形、球形、丝形 • 直径：0.1～2mm，平均直径1mm • 呈灰黑色或褐黑色，包裹灰白色生物膜 • 相对密度在1.01～1.05左右天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 颗粒污泥 • 组成 • 各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等，其VSS/SS一般为70~90% • 胞外聚合物 • 在颗粒污泥的表面和内部 • 透明发亮的粘液状物质 • 主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等物质 • 对形成颗粒污泥，维持其稳定性具有重要作用能在反应器内形成颗粒污泥是UASB反应器的重要特征，颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • 形成颗粒污泥层的过程 • 第一阶段：启动与提高污泥活性阶段；有机负荷≤1kgCOD/（m3·d），时间约1～1.5个月 • 第二阶段：形成颗粒污泥阶段；有机负荷1～3kgCOD/（m3·d），颗粒逐渐成长为直径1～3mm左右的颗粒污泥，此阶段1～1.5月 • 第三阶段：逐渐形成颗粒污泥层阶段。有机负荷大于3～5kgCOD/（m3·d），随着负荷的提高，反应器的污泥总量逐渐增加，污泥层逐渐提高，颗粒污泥层需要3～4个月天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的特点 • UASB是第二代高速厌氧反应器的代表，在全世界范围内应用最为广泛 • 平均污泥浓度为30～40g/L，其中底部颗粒污泥层浓度60～80g/L，污泥悬浮层污泥浓度5～7g/L • 污泥床中的污泥由活性生物量占70～80%的高度发展的颗粒污泥组成，颗粒的直径一般在0.5～5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征 • 中温消化，COD容积负荷在小试验和中型试验中可高达20～40kg COD/(m3·d)，在大型生产装置中可达到 6～8kg COD/(m3·d) 天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的特点 • 反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；简化了工艺，节约了投资和运行费用 • 颗粒污泥的相对密度比人工载体小, 在一定的水力负荷下, 可以靠反应器内产生的气体来混合, 可省去搅拌和回流污泥所需的设备和能耗天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB的特点 • 大型装置内会有短流现象（要求配水装置性能要好） • 进水SS要求≤200mg/L，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞 • 在没有颗粒污泥接种的情况下，启动时间长 • 对水质和负荷突然变化比较敏感 • 要求水温高，最好35℃左右天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • UASB实例天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • EGSB（ Expanded Granular Sludge Bed） • 厌氧膨胀颗粒污泥床反应器 • 第三代高效厌氧反应器 • 与UASB相比 • 高径比更大 • 出水内循环 • 更高的上流速率，使颗粒污泥处于膨胀状态天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • EGSB特点 • 工作区为膨胀状态, 在充分保证进水基质与污泥颗粒接触的条件下, 加速生化反应, 增加容积负荷 • 反应器高径比大，节省占地面积 • 有利于减轻或消除UASB中常见的底部负荷过重的状况，增加对毒物的承受能力, 更耐冲击负荷 • 避免反应器内死角和短流, 均匀了负荷, 运行稳定 • 为使污泥膨胀, 采用出水循环, 动力消耗更大天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC（Internal Circulation） • 内循环式厌氧反应器 • 第三代高速厌氧反应器 • 两层三相分离器布置 • 下部为高负荷区 • 上部为低负荷区 • 相当于两个UASB上下串联 • 高径比大，可达4～8 • 反应器高度达16～25m 天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC • 内循环原理——气提 • 下部反应区（高负荷反应区），大部分有机物在此降解，产生大量沼气 • 沼气在第一级三相分离器被收集，输送至顶部的气液分离室 • 向上输送的沼气裹挟着泥水混合物，在顶部气体被分离，脱气后的液体密度变大，由回流管返回下部 • 下部反应区形成了内循环 • 上部反应区（低负荷反应区），大部分有机物已被降解，该区反应不剧烈，产气量小，不会造成剧烈混合，有利于污泥沉降分离天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC反应器的特点 • 良好的污泥保留性能 • 第二级产气量小，无剧烈搅动 • 高负荷下已可实现污泥良好沉降 • 避免UASB高负荷下跑泥的缺点 • 很高的容积负荷 • 内循环使第一级升流流速大，增强气液传质，提高反应速率 • 负荷比普通UASB高3倍左右天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC反应器的特点 • 沼气提升实现内循环，不必外加动力 • 由反应产生的沼气提供气提式内循环，无需外能 • 抗冲击负荷能力强，运行稳定性好 • 循环水量是进水量的数倍，可稀释进水，耐冲击 • 具有自我调节作用 • COD负荷增大，产气量增大，内循环量增大，可起到稀释进水的作用；COD负荷低，产气量小，内循环量减小；自我调节 • 基建投资省，占地面积少 • 容积负荷高、高径比大，因此节省占地天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC与UASB的比较天津渤海职业技术学院

厌氧生物处理工艺和反应器 • IC反应器用于造纸废水的实例天津渤海职业技术学院

其它, 10% FB（流化床）, 2% EGSB, 11% CSTR, 10% UASB, 59% AF（厌氧滤池）,8% AF（厌氧滤池） UASB CSTR EGSB FB（流化床）其它厌氧生物处理工艺和反应器世界范围内厌氧工艺统计（1999.3；1303个项目）天津渤海职业技术学院

全混全混, 28.80% 其他厌氧滤池（AF） AF+UASB UASB, 58% UASB 其他, 11.00% 厌氧滤池（AF），1.40% AF+UASB, 0.90% 厌氧生物处理工艺和反应器国内厌氧装置按类型分（219家）天津渤海职业技术学院

结束语 天津渤海职业技术学院

《 水污染控制技术 》